WO2015083349A1

WO2015083349A1 - 電極式液位検出装置及び電極式液位検出方法

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Publication number: WO2015083349A1
Application number: PCT/JP2014/005934
Authority: WO
Inventors: 暁鶴田; 辰緒鍵福; 徳光山
Original assignee: 株式会社東芝
Priority date: 2013-12-04
Filing date: 2014-11-27
Publication date: 2015-06-11
Also published as: US20160290851A1; JP2015108535A; JP6158057B2; US10094698B2

Abstract

実施形態によれば、電極式液位検出装置は、液位の検出に用いる少なくとも２つの液位計測電極（２，３）及び液位の検出に用いない校正用電極（１１）が一体化された電極部と、電極部の各電極（２，３，１１）の使用前の抵抗値を初期抵抗値として記録する記録部（２０）と、初期抵抗値に基づいて被測定物の抵抗値を算出する演算部（４０）と、少なくとも２つの液位計測電極（２，３）の使用時の抵抗値の変化に応じて、被測定物１の有無を判断する閾値を調整するように制御する制御部（３０）と、を備える。これにより、計器の劣化に対応して正確に液位を検出することができる。

Description

電極式液位検出装置及び電極式液位検出方法

　本発明の実施形態は、電極を用いて液位等を検出する電極式液位検出装置及び電極式液位検出方法に関する。

　一般に、電極式水位検出器は、水位の判定や漏水の検知等の目的で使用されている。

　図１８は従来の電極式水位検出器を示す概略図である。図１９は従来の電極式水位検出器を示す回路図である。

　図１８に示すように、従来の電極式水位検出器は、互いに絶縁された第１の水位計測電極２と、第２の水位計測電極３と、リレーユニット４とから構成されている。被測定物１は、水等のように電気を通す導電体である。この被測定物１に第１の水位計測電極２と第２の水位計測電極３が共に接触した際、被測定物１を介して第１の水位計測電極２と第２の水位計測電極３との間に電流が流れる。この電流がリレーユニット４に流れることで、リレーユニット４が作動して被測定物１の有無が検出される。この際、被測定物１は、第１の水位計測電極２と第２の水位計測電極３との間を結ぶ電気的な抵抗体となる。

　図１９に示すように、リレーユニット４は、閾値調整部６、リレーコイル７及びリレースイッチ８を備えている。これら閾値調整部６、リレーコイル７及びリレースイッチ８は、被測定物１に接触しないため、第１の水位計測電極２及び第２の水位計測電極３に比べて腐食が生じにくく、抵抗値の変化が少なく、損失のないものとして考えることができる。この回路に流れる電流（Ｉ）は、次式（１）で表される。
　　Ｉ＝Ｖ／（Ｚ_１１＋Ｚ_１２＋Ｚ）　　　　　　　　　　　　　（１）
　ここで、式（１）において、Ｚ_１１は第１の水位計測電極２の抵抗を示す第１の抵抗値、Ｚ_１２は第２の水位計測電極３の抵抗を示す第２の抵抗値、Ｚは被測定物１の抵抗値、Ｖは定電圧源５から印加される電圧である。

　リレーコイル７に流れる電流がリレー作動閾値を超えた場合には、リレースイッチ８が作動し、第１の水位計測電極２と第２の水位計測電極３が被測定物１に接触していると判断する。この際、閾値調整部６にて第１の水位計測電極２と第２の水位計測電極３との間に流れる電流や電圧を測定し、被測定物１の抵抗値の閾値を不変点として設定することで、被測定物１の種類や状態に対応して被測定物１の検出を行っている。

　このような検出方法を利用したものとして、例えば特許文献１に記載された技術がある。この技術は、水位計測電極を移動することにより、連続的な水位の検出を可能としている。非測定時は、被測定物から離すことで、水位計測電極の影響を防止している。

　特許文献２に記載された技術は、導電性耐火物を用いることで、電流の炉体への回り込みを防止している。また、特許文献２に記載された技術は、導電性耐火物の電気抵抗値の温度変化を補正することで検出感度を向上させている。

　また、類似の検出方法として、水位を検出するために電圧ではなく静電容量を利用する方法がある。この方法を用いた技術としては、例えば特許文献３に記載されたものがある。この技術は、静電容量を測定する交流電圧の周波数を変化させることで、被測定物と絶縁材の誘電率の変化を求めている。そして、測定した電極の静電容量の変化を絶縁材の誘電率及び媒質の誘電率で補正してレベルを求めることで、高感度化を実現している。

特開平８－２８５９９１号公報特開２０１０－２５４６４号公報特開平９－２８７９９８号公報

　上述した従来の電極式水位検出器では、リレー作動閾値の設定が不変点である。そのため、従来の電極式水位検出器は、被測定物１の温度変化や不純物濃度の増減による被測定物１の抵抗値Ｚの変化（以下、状態変化という。）や、錆や腐食等のように計器の劣化による第１の水位計測電極２及び第２の水位計測電極３の抵抗値（Ｚ_１，Ｚ_２）が増加した場合、式（１）に示したように回路に流れる電流が低下する。

　その結果、リレーコイル７に流れる電流が低下して上記リレー作動閾値を満たさなくなり、被測定物１に第１の水位計測電極２と第２の水位計測電極３が接触している場合でも、接触していないと判断されてしまう。そのため、被測定物１の有無を正確に検出することができないという課題がある。

　また、特許文献１～３に記載された技術は、電極の腐食等のように計器の劣化に関する課題に対応していない。

　そこで、本発明の実施形態は上記課題を解決するために鑑みなされたものであって、被測定物の状態変化又は計器の劣化に対応して正確に液位を検出することのできる電極式液位検出装置及び電極式液位検出方法を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するために、本実施形態に係る電極式液位検出装置は、液位の検出に用いる少なくとも２つの液位計測電極及び液位の検出に用いない校正用電極が一体化された電極部と、前記電極部の各電極の使用前の抵抗値を初期抵抗値として記録する記録部と、前記初期抵抗値に基づいて被測定物の抵抗値を算出する演算部と、前記少なくとも２つの液位計測電極の使用時の抵抗値の変化に応じて、前記被測定物の有無を判断する閾値を調整するように制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

　また、本実施形態に係る電極式液位検出装置は、液位の検出に用いる少なくとも２つの液位計測電極が一体化された電極部と、前記電極部の各電極の使用前の抵抗値を初期抵抗値として記録する記録部と、前記初期抵抗値に基づいて被測定物の抵抗値を算出する演算部と、前記被測定物の状態変化に伴って変化する前記抵抗値に応じて、前記被測定物の有無を判断する閾値を調整するように制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

　本実施形態に係る電極式液位検出方法は、液位の検出に用いる少なくとも２つの液位計測電極及び液位の検出に用いない校正用電極が一体化された電極部により液位を検出する電極式液位検出方法であって、前記電極部の各電極の使用前の抵抗値を初期抵抗値として記録する記録工程と、前記初期抵抗値に基づいて被測定物の抵抗値を算出する演算工程と、前記少なくとも２つの液位計測電極の使用時の抵抗値の変化に応じて、前記被測定物の有無を判断する閾値を調整するように制御する制御工程と、を有することを特徴とする。

　また、本実施形態に係る電極式液位検出方法は、液位の検出に用いる少なくとも２つの液位計測電極が一体化された電極部により液位を検出する電極式液位検出方法であって、前記電極部の各電極の使用前の抵抗値を初期抵抗値として記録する記録工程と、前記初期抵抗値に基づいて被測定物の抵抗値を算出する演算工程と、前記被測定物の状態変化に伴って変化する前記抵抗値に応じて、前記被測定物の有無を判断する閾値を調整するように制御する制御工程と、を有することを特徴とする。

　本実施形態によれば、被測定物の状態変化又は計器の劣化に対応して正確に液位を検出することができる。

第１実施形態の電極式水位検出装置を示す概略立断面図である。図１のＩＩ－ＩＩ線による断面図である。第１実施形態の電極式水位検出装置における閾値変更システムを示すブロック図である。第１実施形態の電極式水位検出装置を示すスイッチ切替回路図である。第１実施形態の電極式水位検出装置のスイッチ切替回路を示す制御回路図である。図４及び図５の各部の動作を示すタイミングチャートである。第１実施形態の電極式水位検出装置の変形例を示す概略立断面図である。図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩによる断面図である。第２実施形態の電極式水位検出装置における交換時期を予測する例を示すブロック図である。第２実施形態の電極式水位検出装置を示すスイッチ切替回路図である。第２実施形態の電極式水位検出装置のスイッチ切替回路を示す制御回路図である。図１０及び図１１の指令Ａ時における各部の動作を示すタイミングチャートである。図１０及び図１１の指令Ａから指令Ｂに切り替わる場合における各部の動作を示すタイミングチャートである。第３実施形態の電極式水位検出装置を示す概略立断面図である。図１４のＸＶ－ＸＶ線による断面図である。図１５の駆動部の詳細を示す概略図である。第３実施形態の電極式水位検出装置における電極駆動システムを示すブロック図である。従来の電極式水位検出器を示す概略図である。従来の電極式水位検出器を示す回路図である。

　以下に、電極式水位検出装置及び電極式水位検出方法の実施形態について、図面を参照して説明する。

　なお、以下の実施形態の電極式水位検出装置は、例えば原子力発電プラント内におけるタンク又は使用済み燃料プールの壁面に設置される。また、以下の実施形態の電極式水位検出装置は、水漏れ又は水位を検出するため、被測定物が水である。

　（第１実施形態）
　（構　成）
　図１は第１実施形態の電極式水位検出装置を示す概略立断面図である。図２は図１のＩＩ－ＩＩ線による断面図である。図３は第１実施形態の電極式水位検出装置における閾値変更システムを示すブロック図である。

　なお、従来の構成と同一又は対応する部分には、同一の符号を付して説明する。また、図３において、実線の矢印は、それぞれの値を入力するための信号の流れを示している。破線の矢印は、それぞれの値を表示させるための信号の流れを示している。これらの矢印については、図９及び図１７においても同様に示している。

　図１及び図２に示すように、本実施形態の電極式水位検出装置は、棒状に形成された第１の水位計測電極（第１の液位計測電極）２と、同様に棒状に形成された第２の水位計測電極（第２の液位計測電極）３と、円筒状に形成された校正用電極１１を備えている。第１の水位計測電極２、第２の水位計測電極３及び校正用電極１１は、先端（下端）部が同一の位置まで延びている。第１の水位計測電極２、第２の水位計測電極３及び校正用電極１１は、それぞれ絶縁物９を介して電極部１７として一体に構成されている。

　第１の水位計測電極２、第２の水位計測電極３及び校正用電極１１は、長さ方向に対して互いに平行に、かつ一定間隔をおいて配置され、第１の水位計測電極２及び第２の水位計測電極３は、校正用電極１１内に収納されている。

　第１の水位計測電極２及び第２の水位計測電極３は、通常時の水位の検出に用いられる。第１の水位計測電極２、第２の水位計測電極３及び校正用電極１１は、それぞれ被測定物１に全体が接触したとしても、先端部にしか電流が流れないようになっている。なお、校正用電極１１は、通常時の水位の検出に用いられない。

　図３に示すように、本実施形態の電源１２は、第１の水位計測電極２と第２の水位計測電極３との間に一定の電流を流すようにしている。この場合、一定の電流ではなく、一定の電圧を印加するようにしてもよい。測定部１３は、第１の水位計測電極２と、第２の水位計測電極３との間に流れる可変な電流を測定する。駆動部１５は、第１の水位計測電極２、第２の水位計測電極３及び校正用電極１１同士を回路的に切り替える電極切替機能を有している。

　制御機器１０は、記録部２０、出力判定部２９、制御部３０及び演算部４０を備えている。記録部２０は、マンマシンインターフェイス（Man Machine Interface:以下、ＭＭＩと略称する。）５０と各種データの入出力を行う。このＭＭＩ５０は、キーボード、マウス、ディスプレイ等を備えた入出力装置である。制御部３０は、ＭＭＩ５０から指令を受けて制御機器１０内において各種の制御を実行し、例えば駆動部１５を制御する。演算部４０は、制御機器１０内において記録部２０に記録された各値を用いて各種の演算を実行する。

　記録部２０は、初期抵抗値記録部２１、電源値記録部２２、測定値記録部２３、抵抗値記録部２４、及び閾値記録部２５を有している。初期抵抗値記録部２１は、第１の水位計測電極２、第２の水位計測電極３、及び校正用電極１１の使用前の各初期抵抗値を第１の初期抵抗値Ｚ_１、第２の初期抵抗値Ｚ_２、第３の初期抵抗値Ｚ_３として記録する。

　電源値記録部２２は、電源１２の出力値を電源値Ｉとして記録する。測定値記録部２３は、第１の測定値Ｖ_１、第２の測定値Ｖ_２、及び第３の測定値Ｖ_３を記録する。第１の測定値Ｖ_１は、測定部１３にて測定した第１の水位計測電極２と、第２の水位計測電極３との間に印加された電圧値である。第２の測定値Ｖ_２は、測定部１３にて測定した第１の水位計測電極２と、校正用電極１１との間に印加された電圧値である。第３の測定値Ｖ_３は、測定部１３にて測定した第２の水位計測電極３と、校正用電極１１との間に印加された電圧値である。

　抵抗値記録部２４は、第１の抵抗値Ｚ_１１、第２の抵抗値Ｚ_１２、及び第３の抵抗値Ｚ_１３を記録する。第１の抵抗値Ｚ_１１は、演算部４０により演算された第１の水位計測電極２の腐食抵抗である。第２の抵抗値Ｚ_１２は、演算部４０により演算された第２の水位計測電極３の腐食抵抗である。校正用電極１１は、通常電流を流さないことから腐食が生じにくい。そのため、第３の抵抗値Ｚ_１３は校正用電極１１の第３の初期抵抗値Ｚ_３と同様の値とする。

　閾値記録部２５は、第１の水位計測電極２と第２の水位計測電極３が水に接触した場合、第１の水位計測電極２と第２の水位計測電極３との間の電圧が所定の電圧値以上に変化するため、その所定の電圧値を閾値Ｖｓとして記録している。すなわち、この閾値Ｖｓは、被測定物１の有無を判断する値となる。

　出力判定部２９は、測定値記録部２３に記録された第１の測定値Ｖ_１、第２の測定値Ｖ_２、及び第３の測定値Ｖ_３と、閾値Ｖｓとをそれぞれ比較し、その結果を判定する。

　次に、図４～図６に基づいて本実施形態の電極式水位検出装置のスイッチ切替回路を説明する。

　図４は第１実施形態の電極式水位検出装置を示すスイッチ切替回路図である。図５は第１実施形態の電極式水位検出装置のスイッチ切替回路を示す制御回路図である。図６は図４及び図５の各部の動作を示すタイミングチャートである。

　なお、図４において、電流計１４は、電極式水位検出装置のスイッチ切替回路に流れる電流値を計測する。また、駆動部１５は、第１の水位計測電極２、第２の水位計測電極３及び校正用電極１１同士を回路的に切り替える。図５に示す制御回路は、本実施形態では制御機器１０の制御部３０に組み込まれている。

　図４～図６に示すように、ＭＭＩ５０から制御部３０に校正モード起動の信号が入力されると、リレーコイル３１に電流が流れて励磁され、リレースイッチ３２，３３がオンする。すなわち、図４に示す第２の水位計測電極３と校正用電極１１を切り替えるリレースイッチ３２と、図５に示す電流保持用のリレースイッチ３３が動作する。これにより、水位を検出するために使用する電極が第２の水位計測電極３から校正用電極１１に変更される。よって、図６に示すように第２の初期抵抗値Ｚ_２がオフになり、第３の初期抵抗値Ｚ_３がオンになる。

　一定時間を経過した後には、タイマーリレー３４がオンし、リレーコイル３５に電流が流れると、図４に示す第１の水位計測電極２と第２の水位計測電極３を切り替えるリレースイッチ３６と、図５に示す電流保持用のリレースイッチ３７が動作する。これにより、水位を検出するために使用する電極が第１の水位計測電極２から第２の水位計測電極３に変更される。よって、図６に示すように第１の初期抵抗値Ｚ_１がオフになり、第２の初期抵抗値Ｚ_２がオンになる。

　さらに、一定時間を経過した後には、タイマーリレー３８，３９がオフし、リレーコイル３１，３５に流れる電流が遮断され、水位を検出するために使用する電極が初期状態に戻る。このとき、第１の初期抵抗値Ｚ_１がオンになり、第３の初期抵抗値Ｚ_３がオフになる。このようにして第１の水位計測電極２、第２の水位計測電極３及び校正用電極１１同士を回路的に切り替えることができる。

　（作　用）
　次に、本実施形態の第１の作用を説明する。

　まず、図３に示すように第１の水位計測電極２と、第２の水位計測電極３との間の電圧を測定部１３にて測定し、第１の測定値Ｖ_１として測定値記録部２３に記録する。この第１の測定値Ｖ_１と閾値Ｖｓとを比較した結果を出力判定部２９にて判定し、第１の測定値Ｖ_１が閾値Ｖｓを超えると、被測定物１と接触したことを示す信号をＭＭＩ５０に出力する。

　この際、補正機能として第１の初期抵抗値Ｚ_１として記録された第１の水位計測電極２の初期抵抗値と、第２の初期抵抗値Ｚ_２として記録された第２の水位計測電極３の初期抵抗値、電源値Ｉとして記録された電源１２の出力値、第１の測定値Ｖ_１として記録された第１の水位計測電極２と第２の水位計測電極３との間の電圧から、演算部４０により被測定物１の抵抗値Ｚを式（１）から変形した次式から求めることができる。
　　Ｚ＝Ｖ_１／Ｉ－Ｚ_１－Ｚ_２　　　　　　　　　　　　　　（２）
　Ｚ_１は第１の初期抵抗値、Ｚ_２は第２の初期抵抗値、Ｉは電源値、Ｖ_１は第１の測定値を代入し、算出した被測定物１の抵抗値Ｚを第４の抵抗値Ｚ_４として抵抗値記録部２４に記録する。この第４の抵抗値Ｚ_４による第１の測定値Ｖ_１の変化と合せて閾値Ｖｓを自動的に増減するように制御部３０により制御することで、被測定物１の状態変化に伴う抵抗変化に応じて閾値Ｖｓの自動調整が可能となる。

　なお、本実施形態では、一例として電源１２に電流源を用いた場合について説明したが、電源１２を電圧源、第１の測定値Ｖ_１を電流としても適用可能である。

　次に、本実施形態の第２の作用を説明する。

　図３に示すように、電源１２から第１の水位計測電極２、第２の水位計測電極３、校正用電極１１にそれぞれ電流を流し、測定部１３にて上述したスイッチ回路の切替等により電極の各組合せ回路において回路全体に印加された電圧を測定する。この測定された電圧は、制御機器１０内の測定値記録部２３に第１の測定値Ｖ_１、第２の測定値Ｖ_２、第３の測定値Ｖ_３として記録する。

　ところで、第１の水位計測電極２及び第２の水位計測電極３は、長時間電流を流すため腐食が発生し抵抗値に変化が生じる。一方、校正用電極１１は、上述したように通常電流を流さないことから腐食が生じにくいため、初期抵抗値記録部２１に第３の初期抵抗値Ｚ_３として記録された校正用電極１１の初期抵抗値のままとし、式（１）より次式（３）、（４）、（５）が成り立つ。
　　Ｖ_１／Ｉ＝（Ｚ_１＋ｘ）＋（Ｚ_２＋ｙ）＋Ｚ_４　　　　　（３）
　　Ｖ_２／Ｉ＝（Ｚ_２＋ｘ）＋Ｚ_３＋Ｚ_４　　　　　　　　　（４）
　　Ｖ_３／Ｉ＝（Ｚ_２＋ｙ）＋Ｚ_３＋Ｚ_４　　　　　　　　　（５）
　ここで、Ｚ_１は第１の初期抵抗値、Ｚ_２は第２の初期抵抗値、Ｚ_３は第３の初期抵抗値、Ｚ_４は第４の抵抗値、Ｖ_１、Ｖ_２、Ｖ_３はそれぞれ第１の測定値、第２の測定値、第３の測定値、＋ｘ，＋ｙは腐食によって増加した抵抗値、Ｉは電源値である。式（４）、（５）を変形し、
　　（Ｚ_１＋ｘ）＝Ｖ_２／Ｉ－Ｚ_３－Ｚ_４　　　　　　　　　（６）
　　（Ｚ_２＋ｘ）＝Ｖ_３／Ｉ－Ｚ_３－Ｚ_４　　　　　　　　　（７）
　式（３）に代入すると式（８）となる。
　　Ｖ_１／Ｉ＝（Ｖ_２／Ｉ－Ｚ_３－Ｚ_４）＋（Ｖ_３／Ｉ－Ｚ_３－Ｚ_４）＋Ｚ_４
　＝Ｖ_２／Ｉ＋Ｖ_３／Ｉ－２Ｚ_３－Ｚ_４　　　　　　　　　　（８）
　式（８）を変形し、
　　Ｚ_４＝（Ｖ_２＋Ｖ_３－Ｖ_１）／Ｉ－２Ｚ_３　　　　　　　（９）
　このようにして演算部４０によって被測定物１の抵抗（第４の抵抗値）Ｚ_４を計算することができる。また、この結果を式（６）、（７）に代入することで、第１の水位計測電極２と第２の水位計測電極３の腐食抵抗を算出し、これらの腐食抵抗を第１の抵抗値Ｚ_１１、第２の抵抗値Ｚ_１２として抵抗値記録部２４に記録する。

　また、第１の抵抗値Ｚ_１１、第２の抵抗値Ｚ_１２を上述した第１の作用に反映することで、第１の水位計測電極２と第２の水位計測電極３の腐食による閾値調整の校正効果が得られる。

　（効　果）
　このように本実施形態によれば、被測定物１の状態変化に伴う抵抗値の変化に応じて自動的に閾値を調整することで、被測定物１の状態変化による被測定物１の有無の誤検出を防止することが可能となる。

　また、校正用電極１１を用いて第１の水位計測電極２、第２の水位計測電極３の腐食抵抗を測定し、これらの抵抗値の変化に応じて自動的に閾値を調整することで、電極の腐食による被測定物１の有無の誤検出を防止することができる。

　（第１実施形態の変形例）
　図７は第１実施形態の電極式水位検出装置の変形例を示す概略立断面図である。図８は図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩによる断面図である。なお、本変形例では、前記第１実施形態と同一又は対応する部分には、同一の符号を付して異なる構成のみを説明する。

　前記第１実施形態では、校正用電極１１が円筒状に形成されていたが、本変形例は、校正用電極１１が第１の水位計測電極２、第２の水位計測電極３と同様に棒状に形成されている。

　これら校正用電極１１、第１の水位計測電極２、及び第２の水位計測電極３は、互いに平行に、かつ一定間隔をおいて円筒体１６内に収納されている。校正用電極１１、第１の水位計測電極２、第２の水位計測電極３、及び円筒体１６は、絶縁物９を介して互いに電気的に絶縁されている。校正用電極１１、第１の水位計測電極２、第２の水位計測電極３及び円筒体１６は、先端（下端）部が同一の位置まで延びている。

　このように本変形例によれば、円筒体１６内に校正用電極１１、第１の水位計測電極２、及び第２の水位計測電極３を収納するように設置したので、校正用電極１１、第１の水位計測電極２、及び第２の水位計測電極３を保護することが可能になる。

　（第２実施形態）
　（構　成）
　図９は第２実施形態の電極式水位検出装置における交換時期を予測する例を示すブロック図である。

　なお、本実施形態は、前記第１実施形態の変形例であるので、同一又は対応する部分には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

　図９に示すように、本実施形態は、前記第１実施形態の構成に加えて記録部２０にＡＮＮ値（故障値）記録部２６と、故障判定値記録部２７を備えている。第１実施形態において初期抵抗値記録部２１に記録された第１の初期抵抗値Ｚ_１、第２の初期抵抗値Ｚ_２、第３の初期抵抗値Ｚ_３、抵抗値記録部２４に記録された第１の抵抗値Ｚ_１１、第２の抵抗値Ｚ_１２、第３の抵抗値Ｚ_１３を示す信号は、電極劣化の傾向データとしてＭＭＩ５０に出力される。

　ＡＮＮ値記録部２６は、第１の水位計測電極２、第２の水位計測電極３が誤検出を生ずるような閾値をＭＭＩ５０からＡＮＮ値として入力し、そのＡＮＮ値を記録する。故障判定値記録部２７は、水位検出不可状態を判定する故障判定値を記録する。

　次に、図１０～図１３に基づいて本実施形態の電極式水位検出装置のスイッチ切替回路を説明する。

　図１０は第２実施形態の電極式水位検出装置を示すスイッチ切替回路図である。図１１は第２実施形態の電極式水位検出装置のスイッチ切替回路を示す制御回路図である。図１２は図１０及び図１１の指令Ａ時における各部の動作を示すタイミングチャートである。図１３は図１０及び図１１の指令Ａから指令Ｂに切り替わる場合における各部の動作を示すタイミングチャートである。

　図１１及び図１２に示すように、第１の水位計測電極２、第２の水位計測電極３の少なくとも一方の抵抗値変化がＡＮＮ値（故障値）を超えた場合、制御部３０は、第１の水位計測電極２と第２の水位計測電極３の抵抗値変化を比較する。第１の水位計測電極２の方が抵抗値変化が大きい場合（条件Ａ）、故障判定値記録部２７から制御部３０に指令Ａを示す信号が発信される。

　指令Ａを示す信号が発信されると、リレーコイル４１に電流が流れ、図１０に示す駆動部１５において第１の水位計測電極２と校正用電極１１を切り替えるためのリレースイッチ４２が動作する。すると、水位を検出するために使用する電極が第１の水位計測電極２から校正用電極１１に変更される。これにより、図１２に示すように第１の初期抵抗値Ｚ_１がオフになり、第３の初期抵抗値Ｚ_３がオンになる。

　そして、指令Ａを示す信号が発信されている状況で、第２の水位計測電極３の抵抗値変化が第１の水位計測電極２の抵抗値変化より大きくなった場合（条件Ｂ）、図１３に示すように指令Ａを示す信号の発信が停止し、指令Ｂを示す信号が発信される。

　指令Ｂを示す信号が発信されると、図１１に示すようにリレーコイル４１に電流が流れなくなり、リレーコイル４３に電流が流れ、リレースイッチ４２がオフし、リレースイッチ４４がオンになる。

　すなわち、第１の水位計測電極２と校正用電極１１を切替えるためのリレースイッチ４２が切り替わるとともに、第２の水位計測電極３と校正用電極１１を切替えるためのリレースイッチ４４が切り替わる。これにより、水位を検出するために使用する電極が第２の水位計測電極３から第１の水位計測電極２に変更される。したがって、図１３に示すように第２の初期抵抗値Ｚ_２がオフになり、第１の初期抵抗値Ｚ_１がオンになる。

　（作　用）
　次に、本実施形態の作用を説明する。

　なお、測定値及び計算値については、前記第１実施形態と共通するため、重複する説明は省略する。

　図９に示すように、第１の水位計測電極２、第２の水位計測電極３が誤検出を生ずる閾値の値をＭＭＩ５０からＡＮＮ値（故障値）記録部２６にＡＮＮ値を示す信号として入力する。そして、このＡＮＮ値と閾値の傾向データを比較する。これにより、第１の水位計測電極２、第２の水位計測電極３が誤検出を生ずる閾値の傾向データがＡＮＮ値に達する時期を予測し、その旨の信号を故障判定値記録部２７に送ると同時に、ＭＭＩ５０に故障予測時期（交換時期）を示す信号として出力する。

　また、駆動部１５は、第１の水位計測電極２、第２の水位計測電極３及び校正用電極１１同士を回路的に切り替える機能を有している。第１の抵抗値Ｚ_１１、第２の抵抗値Ｚ_１２の電極劣化の傾向データとＡＮＮ値とを比較する。そして、ＡＮＮ値に近い電極劣化の傾向データは、腐食状況が顕著であることから、制御部３０は、第１の水位計測電極２と第２の水位計測電極３同士を切り替える信号を駆動部１５に出力して腐食状況の調整を行う。

　さらに、故障判定値記録部２７から出力される故障予測時期を示す信号により第１の水位計測電極２、第２の水位計測電極３、校正用電極１１を切り替え、交換時期までの検出機能を維持することができる。

　したがって、本実施形態では、第１の水位計測電極２、第２の水位計測電極３及び校正用電極１１が誤検出を生じる閾値をＡＮＮ値として記録する。そして、このＡＮＮ値と閾値の傾向データを制御部３０で比較し、この閾値がＡＮＮ値を超えた場合にＭＭＩ５０に交換時期を知らせる旨の信号を出力することで、ＭＭＩ５０ではランプや音声等の警報が表示されるようにしている。

　また、本実施形態では、第１の抵抗値Ｚ_１１、第２の抵抗値Ｚ_１２の電極劣化の傾向データとＡＮＮ値とを比較し、ＡＮＮ値に近い電極劣化の傾向データは、腐食状況が顕著であることから、制御部３０は、第１の水位計測電極２と第２の水位計測電極３同士を切り替える旨の信号を駆動部１５に出力する。

　（効　果）
　このように本実施形態によれば、腐食による抵抗値の変化の傾向を確認することで、第１の水位計測電極２、第２の水位計測電極３及び校正用電極１１の交換時期を示す信号を自動的に出力する。これにより、水位の未検出状況を生じさせることがなくなるという効果が得られる。

　また、本実施形態によれば、第１の水位計測電極２、第２の水位計測電極３及び校正用電極１１の腐食に合せて電極を切り替える旨の信号を出力することにより、電極の耐久日数を向上させるとともに、検出不可状況を防止することが可能となる。

　（第３実施形態）
　（構　成）
　図１４は第３実施形態の電極式水位検出装置を示す概略立断面図である。図１５は図１４のＸＶ－ＸＶ線による断面図である。図１６は図１５の駆動部の詳細を示す概略図である。図１７は第３実施形態の電極式水位検出装置における電極駆動システムを示すブロック図である。

　本実施形態は、前記第１実施形態の構成に加えて電極の移動機構として駆動部６０が設けられている。具体的には、図１４～図１６に示すように、駆動部６０は、駆動源としてのモータ６１と、ピニオンギヤ６２と、ラック６３を備えている。ピニオンギヤ６２は、モータ６１の回転軸に取り付けられて正逆量方向に回転する。ラック６３は、ピニオンギヤ６２に噛み合う。校正用電極１１は、ラック６３に固定されている。

　このように構成された駆動部６０は、モータ６１を正方向に駆動させると、ピニオンギヤ６２が回転する。すると、ピニオンギヤ６２に噛み合うラック６３が移動する。これにより、ラック６３に固定された校正用電極１１が一方向に移動する。また、モータ６１を逆方向に駆動させると、校正用電極１１が他方向に移動する。このようにして校正用電極１１は、第１の位置Ｐ１から第２の位置Ｐ２までの間を移動可能となる。そのため、校正用電極１１は、第１の水位計測電極２と、第２の水位計測電極３に対する距離を変動させることができる。

　また、本実施形態では、図１７に示すように記録部２０が絶対値校正記録部２８を有している。この絶対値校正記録部２８には、校正用電極１１の現在の抵抗値が記録されている。

　（作　用）
　被測定物１の抵抗値は、電極間距離に比例して変化するため、ＭＭＩ５０からの入力信号を絶対値校正記録部２８を介し駆動部６０に出力して電極を移動させ、電極間の間隔を変化させた場合、以下の連立方程式が成り立つ。
　　Ｖ_１１＝（Ｚ_１４＋Ｚ_１５＋ρＬ）Ｉ　　　　　　　　　　　　（１０）
　　Ｖ_１２＝（Ｚ_１４＋Ｚ_１５＋ρ（Ｌ＋ｒ））Ｉ　　　　　　　　（１１）
　ここで、Ｚ_１４は第１の水位計測電極２の抵抗値、Ｚ_１５は第２の水位計測電極３の抵抗値、Ｖ_１１は移動前の第１の測定値、Ｖ_１２は移動後の第２の測定値、Ｉは電源値、ρは被測定物の単位長さ当たりの抵抗率（Ω／ｍ）、Ｌは移動前の電極間間隔、ｒは電極の移動距離である。上記連立方程式をρについて解くと、
　　ρ＝（Ｖ_１２－Ｖ_１１）／ｒＩ　　　　　　　　　　　　　（１２）
となり、電極の腐食によらず被測定物１の抵抗値を求めることができる。

　前記第１実施形態において校正用電極１１は、腐食が生じにくいと説明したが、校正用電極１１も被測定物１に触れているため、抵抗値に多少の変化が生じる。

　そこで、式（１２）で求めた被測定物１の抵抗を式（９）に代入することで、校正用電極１１の腐食抵抗を求めることができる。この校正用電極１１の腐食抵抗を第３の抵抗値Ｚ_１３として抵抗値記録部２４に記録し、前記第１実施形態にて第３の初期抵抗値Ｚ_３の代わりに用いることで、測定時点での各電極の絶対抵抗値を求めることが可能である。

　すなわち、前記第１実施形態では、校正用電極１１の第３の初期抵抗値をＺ_３として固定しているが、実際の運用上、校正用電極１１も劣化が生じる。そのため、校正用電極１１の実抵抗値は第３の初期抵抗値Ｚ_３と異なり、計算した腐食抵抗(相対抵抗)も実値とは異なる。したがって、校正用電極１１の第３の抵抗値Ｚ_１３の変化幅が大きくなればなるほど、前記第１実施形態の機能の信頼性を低下させる。

　そこで、本実施形態では、被測定物１の抵抗値を測定し、校正用電極１１の第３の抵抗値Ｚ_１３の現在における抵抗(絶対抵抗)値を求めることで、他の電極の正確な抵抗値を求めることが可能になる。

　（効　果）
　このように本実施形態によれば、校正用電極１１の第１の水位計測電極２と、第２の水位計測電極３に対する距離を変化させることにより、相対的ではない絶対的な電極及び被測定物１の抵抗値の変化を測定することが可能となる。

　（その他の実施形態）
　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

　例えば、上記各実施形態では、被測定物が水の場合について説明したが、水に限らず導電性を有する液体であれば、他の液体でも適用可能である。

　また、上記第１、第２実施形態では、図５に示す制御回路及び図１１に示す制御回路が制御部３０に組み込まれている場合について説明したが、これに限らず別の制御回路を単独で設置するようにしてもよい。

　さらに、上記第１、第２実施形態では、第１の水位計測電極２、第２の水位計測電極３、及び校正用電極１１を設けた例について説明したが、これに限らずそれを超える数の電極を設けるようにしてもよい。

　１…被測定物、２…第１の水位計測電極（第１の液位計測電極）、３…第２の水位計測電極（第２の液位計測電極）、４…リレーユニット、５…定電圧源、６…閾値調整部、７…リレーコイル、８…リレースイッチ、９…絶縁物、１０…制御機器、１１…校正用電極、１２…電源、１３…測定部、１４…電流計、１５…駆動部、１６…円筒体、１７…電極部、２０…記録部、２１…初期抵抗値記録部、２２…電源値記録部、２３…測定値記録部、２４…抵抗値記録部、２５…閾値記録部、２６…ＡＮＮ値記録部、２７…故障判定値記録部、２８…絶対値校正記録部、２９…出力判定部、３０…制御部、３１…リレーコイル、３２…リレースイッチ、３３…リレースイッチ、３４…タイマーリレー、３５…リレーコイル、３６…リレースイッチ、３７…リレースイッチ、３８…タイマーリレー、３９…タイマーリレー、４０…演算部、４１…リレーコイル、４２…リレースイッチ、４３…リレーコイル、４４…リレースイッチ、５０…ＭＭＩ、６０…駆動部、６１…モータ、６２…ピニオンギヤ、６３…ラック、Ｉ…電源値、Ｐ１…第１の位置、Ｐ２…第２の位置、Ｖ_１…第１の測定値、Ｖ_２…第２の測定値、Ｖ_３…第３の測定値、Ｖ_１１…移動前の第１の測定値、Ｖ_１２…移動後の第２の測定値、Ｖｓ…閾値、Ｚ_１…第１の初期抵抗値、Ｚ_２…第２の初期抵抗値、Ｚ_３…第３の初期抵抗値、Ｚ_４…第４の抵抗値、Ｚ_１１…第１の抵抗値、Ｚ_１２…第２の抵抗値、Ｚ_１３…第３の抵抗値、Ｚ_１４…第１の水位計測電極の抵抗値、Ｚ_１５…第２の水位計測電極の抵抗値

Claims

　液位の検出に用いる少なくとも２つの液位計測電極及び液位の検出に用いない校正用電極が一体化された電極部と、
　前記電極部の各電極の使用前の抵抗値を初期抵抗値として記録する記録部と、
　前記初期抵抗値に基づいて被測定物の抵抗値を算出する演算部と、
　前記少なくとも２つの液位計測電極の使用時の抵抗値の変化に応じて、前記被測定物の有無を判断する閾値を調整するように制御する制御部と、
　を備えることを特徴とする電極式液位検出装置。
　前記少なくとも２つの液位計測電極及び前記校正用電極は、互いに平行な棒状に形成されるとともに、互いに一定間隔をおいて円筒体に収納されていることを特徴とする請求項１に記載の電極式液位検出装置。
　前記記録部に前記電極が誤検出を生じる閾値を故障値データとして記録し、前記制御部は、前記故障値データと前記電極の閾値の傾向データを比較し、この閾値の傾向データが前記故障値に達した場合に交換時期を示す信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の電極式液位検出装置。
　前記制御部は、前記各電極の抵抗値の変化を示す電極劣化の傾向データと、前記各電極が故障であることを示す故障値データを比較し、前記電極劣化の傾向データが前記故障値データに達した電極を入れ替える旨の信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の電極式液位検出装置。
　前記少なくとも２つの液位計測電極及び前記校正用電極のいずれかを相対的に移動させる駆動部を有し、この駆動部により前記各電極間の間隔を変化させて前記被測定物の絶対抵抗値を測定可能に構成したことを特徴とする請求項１に記載の電極式液位検出装置。
　液位の検出に用いる少なくとも２つの液位計測電極が一体化された電極部と、
　前記電極部の各電極の使用前の抵抗値を初期抵抗値として記録する記録部と、
　前記初期抵抗値に基づいて被測定物の抵抗値を算出する演算部と、
　前記被測定物の状態変化に伴って変化する前記抵抗値に応じて、前記被測定物の有無を判断する閾値を調整するように制御する制御部と、
　を備えることを特徴とする電極式液位検出装置。
　液位の検出に用いる少なくとも２つの液位計測電極及び液位の検出に用いない校正用電極が一体化された電極部により液位を検出する電極式液位検出方法であって、
　前記電極部の各電極の使用前の抵抗値を初期抵抗値として記録する記録工程と、
　前記初期抵抗値に基づいて被測定物の抵抗値を算出する演算工程と、
　前記少なくとも２つの液位計測電極の使用時の抵抗値の変化に応じて、前記被測定物の有無を判断する閾値を調整するように制御する制御工程と、
　を有することを特徴とする電極式液位検出方法。
　液位の検出に用いる少なくとも２つの液位計測電極が一体化された電極部により液位を検出する電極式液位検出方法であって、
　前記電極部の各電極の使用前の抵抗値を初期抵抗値として記録する記録工程と、
　前記初期抵抗値に基づいて被測定物の抵抗値を算出する演算工程と、
　前記被測定物の状態変化に伴って変化する前記抵抗値に応じて、前記被測定物の有無を判断する閾値を調整するように制御する制御工程と、
　を有することを特徴とする電極式液位検出方法。